数据一致性 Consistency

理解了ZooKeeper的实现原理，有助于理解ZooKeeper如何保证数据的一致性。就像字面上理解的“leader”和“follower”的意思一样，在ensemble中follower的update操作会滞后于leader的update完成。事实的结果使我们在提交更新数据之前，不必在每一台ZooKeeper服务器上执行持久化变更数据，而是仅需在主服务器上执行持久化变更数据。ZooKeeper客户端的最佳实践是全部链接到follower上。然而客户端是有可能连接到leader上的，并且客户端控制不了这个选择，甚至客户端并不知道连接到了follower还是leader。下图所示，读操作向follower请求即可，而写操作由leader来提交。

每一个对znode树的更新操作，都会被赋予一个全局唯一的ID，我们称之为zxid（ZooKeeper Transaction ID）。更新操作的ID按照发生的时间顺序升序排序。例如，$z_{1}$小于$z_2$，那么$z_1$的操作就早于$z_2$操作。

ZooKeeper在数据一致性上实现了如下几个方面：

• 顺序一致性

  从客户端提交的更新操作是按照先后循序排序的。例如，如果一个客户端将一个znode z赋值为a，然后又将z的值改变成b，那么在这个过程中不会有客户端在z的值变为b后，取到的值是a。

• 原子性

  更新操作的结果不是失败就是成功。即，如果更新操作失败，其他的客户端是不会知道的。

• 系统视图唯一性

  无论客户端连接到哪个服务器，都将看见唯一的系统视图。如果客户端在同一个会话中去连接一个新的服务器，那么他所看见的视图的状态不会比之前服务器上看见的更旧。当ensemble中的一个服务器宕机，客户端去尝试连接另外一台服务器时，如果这台服务器的状态旧于之前宕机的服务器，那么服务器将不会接受客户端的连接请求，直到服务器的状态赶上之前宕机的服务器为止。

• 持久性

  一旦更新操作成功，数据将被持久化到服务器上，并且不能撤销。所以服务器宕机重启，也不会影响数据。

• 时效性

  系统视图的状态更新的延迟时间是有一个上限的，最多不过几十秒。如果服务器的状态落后于其他服务器太多，ZooKeeper会宁可关闭这个服务器上的服务，强制客户端去连接一个状态更新的服务器。

从执行效率上考虑，读操作的目标是内存中的缓存数据，并且读操作不会参与到写操作的全局排序中。这就会引起客户端在读取ZooKeeper的状态时产生不一致。例如，A客户端将znode z的值由$a$改变成$a^{'}$，然后通知客户端B去读取z的值，但是B读取到的值是$a$，而不是修改后的$a^{'}$。为了阻止这种情况出现，B在读取z的值之前，需要调用sync方法。sync方法会强制B连接的服务器状态与leader的状态同步，这样B在读取z的值就是A重新更改过的值了。